跳頻通信系統同步捕獲回路抗干擾性能分析

范真真，張笑宇

(1 山東輕工職業學院信息工程系,山東淄博 255300;2 山東特種工業集團有限公司軍品研究所,山東淄博 255200;3 沈陽理工大學研究生院, 沈陽 110159)

0 引言

跳頻技術憑借其優秀的抗干擾、低截獲率、抗衰落等優勢，被廣泛的應用在軍事化電臺組網中[1]。由于信息化戰場中實時多變的電磁環境，跳頻對抗技術成為現代信息對抗中的研究熱點。

目前，信息化戰場下信息傳輸中常見的抗干擾技術主要有：擴頻技術、分集技術、猝發通信技術、加密技術、天線零相技術等[2-4]。跳頻組網過程中主要的干擾形式有：全頻帶形式干擾、部分頻帶形式干擾以及跟蹤式干擾等[5]。

文中依據跳頻通信機理，針對以上3種形式的干擾，立足于常見形式的干擾容限，重點以調制方式為MSK的FH系統為例，對跳頻電臺組網同步捕獲回路進行抗干擾性能分析。

1 跳頻系統基本原理

跳頻通信系統發射機和接收機的主要工作模塊為跳頻序列發生器和頻率同步器[6]。其中，跳頻序列發生器主要用于產生偽隨機序列，頻率合成器主要用于合成所需要的載波頻率[7]。跳頻接收機則主要通過頻率同步器實現載波頻率的同步，完成信息傳輸。基本原理如圖1所示。

圖1 跳頻通信系統原理圖

跳頻組網中用干擾容限Mj來表征系統抗干擾能力[8]。跳頻干擾容限是指系統承受干擾的最大量，即系統正常通信中誤碼率承受的干信比最大值。其表達式為：

(1)

式中：Gp為跳頻系統處理增益;Lsys為系統各項損耗;SNRout為輸出端的最小信噪比。工程中，通常以dB形式進行計算，即：

Mj=Gp-Lsys-SNRout

(2)

2 抗干擾分析

2.1 抗全頻帶干擾性能分析

全頻帶式干擾是利用噪聲信號對通信系統工作的全部寬帶施加干擾，示意圖如圖2所示。信息化戰場中的全頻帶形式干擾將會同時覆蓋全部跳頻帶寬內的所有跳頻頻點集，從而跳頻電臺無論在哪個頻點組網，通信性能都將受到影響。

圖2 全頻帶干擾示意圖

通過以上分析可知，跳頻帶寬直接影響跳頻組網中的抗全頻帶干擾性能，隨著帶寬的增大，抗干擾能力將進一步增強。

2.2 抗部分頻帶干擾性能分析

部分頻帶形式干擾的工作原理不同于全頻帶形式的干擾，其作用原理是將能量集中在跳頻頻帶范圍內的某一段中，示意圖如圖3所示。這種干擾方式多存在于信息化戰場跳頻網絡多、子信道數目多、跳速高的跳頻電臺組網中。

圖3 部分頻帶干擾示意圖

通過以上分析可知，跳頻頻點數目直接影響跳頻組網中的抗部分頻帶干擾性能，隨著頻點數目的增多，抗干擾能力將進一步增強。

2.3 抗跟蹤干擾性能分析

跟蹤干擾的工作原理是利用天線對跳頻組網信號實時偵聽和檢測，一旦發現跳頻組網信號存在，立即將干擾信號頻率調整至當前檢測頻率。跟蹤干擾隨跳頻圖案的變化而進行功率集中的窄帶干擾，常見的信息化戰場中跟蹤干擾有單音干擾和多音干擾，示意圖如圖4所示。

圖4 跟蹤干擾示意圖

3 仿真分析

為分析跳頻電臺組網中同步捕獲回路的抗干擾性能，選擇的仿真參數如下：跳頻系統的頻帶范圍為969～1 206 MHz，總帶寬為225 MHz，調制方式為MSK，帶寬為3 MHz，跳頻速率為72 693跳/s，頻點集為51個，跳頻序列由M序列生成，信道模型為加性高斯白噪聲。待測抗干擾性能的跳頻信號時頻域如圖5所示。

圖5 跳頻信號時頻域圖

3.1 抗全頻帶干擾

選用滑動相關法作為跳頻組網中同步捕獲回路的測試方法，假設接收信號超前于本地信號10個碼元，每次步進量為半個碼元，干擾信號的帶寬為900～1 250 MHz，覆蓋了跳頻系統整個頻段。抗全頻帶干擾同步捕獲回路捕獲峰值位置如圖6所示。

圖6 抗全頻帶干擾峰值位置

由圖6可以看出，當JSR(干信比)小于33 dB時，跳頻同步捕獲回路可實現有效捕獲，當JSR大于33 dB時，捕獲位置出現錯誤。因此，增大信息化戰場中電臺組網時跳頻帶寬，電子對抗中干擾帶寬隨之增大，干擾功率勢必增加，從而有效提高跳頻電臺組網同步捕獲回路的抗干擾能力。

3.2 抗部分頻帶干擾

部分頻帶干擾信號的帶寬分別為900～1 000 MHz,1 100～1 200 MHz，當前跳頻載波頻率為1 176 MHz，干擾信號為高斯白噪聲。抗部分頻帶干擾同步捕獲回路捕獲峰值位置如圖7所示。

圖7 抗部分頻帶干擾峰值位置

由圖7可以看出，當部分頻帶干擾的頻帶范圍為900～1 000 MHz時，跳頻通信系統與干信比無關，跳頻同步捕獲回路均可實現有效捕獲；當部分頻帶干擾的頻帶范圍為1 100～1 200 MHz，且JSR小于40 dB時，跳頻同步捕獲回路可實現有效捕獲，當JSR大于40 dB時，捕獲位置出現錯誤。因此，增加信息化戰場中電臺組網時跳頻頻點數目，電子對抗中干擾頻帶數目隨之增加，干擾功率勢必增大，從而有效提高跳頻電臺組網同步捕獲回路的抗干擾能力。

3.3 抗跟蹤干擾

跟蹤干擾信號選擇單音正弦信號以及雙音正弦信號，當前跳頻載波頻率為1 176 MHz。同步捕獲回路抗單音跟蹤干擾捕獲峰值位置如圖8所示。同步捕獲回路抗雙音跟蹤干擾捕獲峰值位置如圖9所示。

圖8 抗單音干擾峰值位置

圖9 抗雙音干擾峰值位置

由圖8可以看出，跳頻系統抗單音跟蹤干擾性能隨著駐留時間比的減小而增強，且抗單音干擾性能比全頻帶干擾、部分頻帶干擾要差很多。由圖9可以看出，跳頻系統抗雙音跟蹤干擾性能仍隨駐留時間比的減小而增強，且跳頻系統抗單音干擾性能比抗雙音跟蹤干擾強。因此提高信息化戰場中電臺組網時跳速，壓縮電子對抗中干擾方的反應時間，使干擾方無法滿足干擾橢圓，從而提高跳頻電臺組網同步捕獲回路的抗跟蹤干擾能力。

4 結論

依據跳頻通信機理，在分析了跳頻系統全頻帶干擾、部分頻帶干擾、跟蹤干擾3種不同干擾方式的干擾容限基礎上，重點針對調制方式為MSK的FH系統下的捕獲回路進行抗干擾性能分析。通過仿真結果表明，增大帶寬可有效提高跳頻電臺組網同步捕獲回路抗全頻帶干擾能力，增加跳頻頻點數目可有效提高跳頻電臺組網同步捕獲回路的抗部分頻帶干擾能力，提高跳速可有效提高跳頻電臺組網同步捕獲回路的抗跟蹤干擾能力。